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雨天沥青路面能见度影响因素分析

汪敏,何兆益,周文,梁昕

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汪敏, 何兆益, 周文, 梁昕. 雨天沥青路面能见度影响因素分析[J]. 江南娱乐网页版入口官网下载安装学报, 2023, 58(6): 1286-1293. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20211079
引用本文: 汪敏, 何兆益, 周文, 梁昕. 雨天沥青路面能见度影响因素分析[J]. 江南娱乐网页版入口官网下载安装学报, 2023, 58(6): 1286-1293.doi:10.3969/j.issn.0258-2724.20211079
WANG Min, HE Zhaoyi, ZHOU Wen, LIANG Xin. Influencing Factors of Asphalt Pavement Visibility on Rainy Days[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2023, 58(6): 1286-1293. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20211079
Citation: WANG Min, HE Zhaoyi, ZHOU Wen, LIANG Xin. Influencing Factors of Asphalt Pavement Visibility on Rainy Days[J].Journal of Southwest Jiaotong University, 2023, 58(6): 1286-1293.doi:10.3969/j.issn.0258-2724.20211079

雨天沥青路面能见度影响因素分析

doi:10.3969/j.issn.0258-2724.20211079
基金项目:国家自然科学基金(51978116);交通运输部行业重点科技资助项目(2018-TG-003)
详细信息
    作者简介:

    汪敏(1982—),男,讲师,博士研究生,研究方向为路面结构、交通安全技术,E-mail:738120908@qq.com

    通讯作者:

    何兆益(1965—),男,教授,博士生导师,研究方向为道路新材料、道路设计理论与方法、道路安全技术,E-mail:242143956@qq.com

  • 中图分类号:U416.217;TU997

Influencing Factors of Asphalt Pavement Visibility on Rainy Days

  • 摘要:

    在降雨情况下,汽车行驶过程轮胎所溅起的水花极易形成水雾,前方能见度会显著下降,人体主观的识别距离也随之迅速减小,甚至出现对行车间距的错误判断,易造成交通事故,研究雨天沥青路面能见度影响因素意义重大. 以米氏理论为基础,利用能见度的气象学定义,并采用MATLAB软件进行蒙特卡罗数值模拟,提出了用车速、水膜厚度和路面设计参数表征的能见度计算模型,进而对能见度影响因素进行了分析. 结果表明:在雨天,沥青路面水膜厚度低于5.873 mm时,水雾引起的能见度会随车速和水膜厚度增加而不断减小;路面设计参数中,排水路径长度、路面构造深度与能见度呈正相关性;路面坡度与能见度呈负相关性;在水膜厚度为5.873 mm时能见度达到极小值;进一步提出了用降雨强度、路面构造深度、路面坡度、排水路径长度和车速表征的沥青路面能见度改进计算模型.

  • 图 1气象学表征能见度示意图

    Figure 1.Meteorological characterization of visibility

    图 2蒙特卡罗模拟光子多重散射示意

    Figure 2.Monte Carlo simulation of photon multiple scattering

    图 3能见度和行驶速度、水膜厚度之间关系

    Figure 3.Relationship among visibility, vehicle speed, and water film thicknesses

    图 4车速120 km/h时不同水膜厚度产生水雾能见度变化趋势

    Figure 4.Variation trend of water mist visibility under different water film thicknesses at 120 km/h

    表 1能见度数值模拟数据汇总表

    Table 1.Summary of visibility numerical simulation data m

    水膜厚度/mm 60 km/h 70 km/h 80 km/h 90 km/h 100 km/h 110 km/h 120 km/h
    0.050 191.78 189.35 186.93 184.73 183.98 184.45 183.70
    0.100 191.80 189.20 186.60 184.20 183.20 183.40 182.40
    0.200 191.85 188.90 185.95 183.15 181.65 181.30 179.80
    0.500 192.00 188.00 184.00 180.00 177.00 175.00 172.00
    1.000 192.00 185.00 178.00 171.00 164.00 157.00 150.00
    1.500 192.00 184.00 175.67 167.00 158.00 149.00 140.00
    2.000 192.00 183.00 173.33 163.00 152.00 141.00 130.00
    2.500 192.00 182.00 171.00 159.00 146.00 133.00 120.00
    3.000 191.40 179.80 168.20 155.8 142.60 129.40 116.20
    4.000 188.20 175.40 162.60 149.400 135.80 122.20 108.60
    5.000 185.00 171.00 157.00 143.00 129.00 115.00 101.00
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    表 2能见度状态划分标准

    Table 2.Division standard of visibility state

    序号 能见度
    距离/km
    技术标准
    1 ≥50.00 能见度极好,视野清晰
    2 [20.00,50.00) 能见度好,视野较清晰
    3 [10.00,20.00) 能见度一般
    4 [2.00,10.00) 能见度较差,视野不清晰
    5 [1.00,2.00) 轻雾,能见度差,视野不清晰
    6 [0.20,1.00) 大雾,能见度很差
    7 [0.05,0.20) 重雾,能见度极差
    8 < 0.05 浓雾,能见度极差
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    表 3不同车速下能见度与水膜厚度关系汇总

    Table 3.Summary of functional relationship between visibility and water film at different vehicle speeds

    v/(km·h−1 Vh函数关系式 R2
    60 $ V=-0.536\;9{h}^{2} + 1.386\;7h + 191.52 $ 0.982
    70 $V={189.74\mathrm{e} }^{-0.02h}$ 0.985
    80 $V={186.5\mathrm{e} }^{-0.035h }$ 0.991
    90 $V={183.3\mathrm{e} }^{-0.053h }$ 0.982
    100 $V={181.02\mathrm{e} }^{-0.075h }$ 0.967
    110 $V={179.71\mathrm{e} }^{-0.101h }$ 0.957
    120 $V={177.63\mathrm{e} }^{-0.129h }$ 0.955
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    表 4蒙特卡罗数值模拟能见度汇总

    Table 4.Summary of Monte Carlo numerical simulation visibility m

    h/mm v/(km·h−1
    60 70 80 90 100 110 120
    0.050 191.78 189.35 186.93 184.73 183.98 184.45 183.70
    0.100 191.80 189.20 186.60 184.20 183.20 183.40 182.40
    0.200 191.85 188.90 185.95 183.15 181.65 181.30 179.80
    0.500 192.00 188.00 184.00 180.00 177.00 175.00 172.00
    1.000 192.00 185.00 178.00 171.00 164.00 157.00 150.00
    1.500 192.00 184.00 175.67 167.00 158.00 149.00 140.00
    2.000 192.00 183.00 173.33 163.00 152.00 141.00 130.00
    2.500 192.00 182.00 171.00 159.00 146.00 133.00 120.00
    3.000 191.40 179.80 168.20 155.80 142.60 129.40 116.20
    4.000 188.20 175.40 162.60 149.40 135.80 122.20 108.60
    5.000 185.00 171.00 157.00 143.00 129.00 115.00 101.00
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    表 5能见度拟合多元非线性回归方程函数组合方式汇总

    Table 5.Summary of combination methods of multiple nonlinear regression functions for visibility fitting

    编号 f(h) 函数形式 g(v) 函数形式 V的拟合方程
    1 $D{h}^{2} + Eh + F$ $D{h}^{2} + Eh + F$ $V=A \left(D{h}^{2} + Eh + D\right) +B \left(D{h}^{2} + Eh + F\right) + C$
    2 $D{h}^{2} + Eh + F$ $G{ {\rm{e} } }^{v}$ $V=A \left(D{h}^{2} + Eh + F\right) + BG { {\rm{e} } }^{v} + C$
    3 $D{h}^{2} + Eh + F$ $H\mathrm{ln}\;v$ $V=A \left(D{h}^{2} + Eh + F\right) + BH \mathrm{ln}\;v + C$
    4 $J{ {\rm{e} } }^{h}$ $G{ {\rm{e} } }^{v}$ $V=AJ { {\rm{e} } }^{h} + BG { {\rm{e} } }^{v} + C$
    5 $J{ {\rm{e} } }^{h}$ $H \mathrm{ln}\;v$ $V=AJ { {\rm{e} } }^{h} + BH \mathrm{ln}\;v + C$
    6 $J{ {\rm{e} } }^{h}$ $D{h}^{2} + Eh + F$ $V=AJ { {\rm{e} } }^{h} + B \left(D{h}^{2} + Eh + F\right) + C$
    7 $K\mathrm{ln}\;h$ $G{ {\rm{e} } }^{v}$ $V=A K\mathrm{ln}\;h + BG { {\rm{e} } }^{v} + C$
    8 $K\mathrm{ln}\;h$ $H\mathrm{ln}\;v$ $V=AK \mathrm{ln}\;h + BH \mathrm{ln}\;v + C$
    9 $K\mathrm{ln}\;h$ $D{h}^{2} + Eh + F$ $V=AK \mathrm{ln}\;h + B \left(D{h}^{2} + Eh + F\right) + C$
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    表 6第3种函数组合数学统计特征值表

    Table 6.Statistical eigenvalues of the third function combination

    平方和 自由度 均方
    回归 2194427.100 4 548606.8
    残差 7402.174 73 101.4
    修正前总计 2201829.200 77
    修正后总计 43037.038 76
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    表 7第3种函数组合参数估算值

    Table 7.Estimated values of the third function combination parameters

    参数 估算 标准误差 95% 置信区间
    下限 上限
    A 1.275 0.498 0.283 2.267
    B −14.977 2.406 −19.771 −10.182
    C −67.797 4.985 −77.732 −57.861
    D 490.392 22.407 445.735 535.048
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    表 8第3种函数组合参数估算值相关性

    Table 8.Correlation of estimated values of the third function combination parameters

    参数 B C A D
    B 1.000 0 −0.954 −0.071
    C 0 1.000 0 −0.995
    A −0.954 0 1.000 0.056
    D −0.071 −0.995 0.056 1.000
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    表 9国内外水膜厚度预测模型汇总表

    Table 9.Summary of water film thickness prediction models in China and abroad

    模型名称 模型形式 模型参数
    水膜
    厚度
    路径
    长度
    降雨
    强度
    路径
    坡度
    路面构造
    深度
    曼宁
    系数
    季天剑模型[17] $h=0.130\;6{l}^{0.722\;4}{i}^{0.303\;9}{q}^{0.772\;5}{ T_{\rm{TD} } }^{0.673\;0}$ h/mm l/m q/(mm·min−1 i/% TTD/mm
    RRL 模型[18] $d=0.046 L^{0.47} I^{0.47} S^{-0.2} $ d/mm L/m I/(mm·h−1 S/%
    Gallaway 模型[19] $W_{\rm{WFT} }=0.0148\;5 { T_{\rm{TXD} } }^{0.11} L^{0.43} I^{0.59} S^{-0.42}-{T_ {\rm{TXD} } }$ WWFT/mm L/m I/(mm·h−1 S/% TTXD/mm
    Wambold 模型[20] $W_{\rm{WFT} }=0.005\;979 {T_{\rm{TXD} }}^{0.11} I^{0.59} S^{-0.42}-T_{\rm{TXD} }$ WWFT/mm L/m I/(mm·h−1 S/% TTXD/mm
    Anderson 模型[21] $d=0.15 L^{0.5} I^{0.5} S^{-0.5} $ d/mm L/m I/(mm·h−1 S/%
    VERT 模型[22] $W_{ {\rm{WD} } }=0.016\;405 L^{0.4} I^{0.4} {M_{\rm{MTD} } }^{0.4} S^{-0.3}$ WWD/mm L/m I/(mm·h−1 S/% MMTD/mm
    Chesterton 模型[23] $W_{\rm{WFT}}=0.046 L^{0.5} I^{0.5} S^{-0.2}-T$ WWFT/mm L/m I/(mm·h−1 S/% TTXD/mm
    NCHRP 模型[24] $W_{\rm{WFT} }=\left(\dfrac{n L I}{105.425 S^{0.5} }\right)^{0.6}-T$ WWFT/mm L/m I/(mm·h−1 S/% TTXD/mm n
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  • 收稿日期:2021-12-21
  • 修回日期:2022-04-27
  • 网络出版日期:2023-09-06
  • 刊出日期:2022-05-23

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